线性代数基础-特征值与特征向量-01

发布时间 2023-12-30 11:20:42作者: jack-chen666

1. 概念

特征值与特征向量的英文是 eigenvalue 和 eigenvector, 这个前缀 eigen- 起源于德语,意思是 proper(这里应该是专属的意思)、characteristic(特征的),其实翻译成 特征。

矩阵A是一个线性变换,然后这个变换的特殊之处是当它作用在特征向量u上的时候, u只发生了缩放变换(大小长度发生了变化),它的方向并没有改变,并没有旋转。
特征向量经过变换,向量只发生量的变化,但是仍旧保持其原有的方向,与特定的特征值对应。所以特征向量某种意义上展示了这个变换的‘特征’。
常见的变换A,对应的特征值λ,特征向量u

2. 性质

对于一个N*N的方阵:

λ为特征值,对应的x为特征向量,

性质1:

的特征值为
同理可以得出:

性质2:
那么如果我们的这个 n x n 矩阵有 n 个特征向量,我们当然就可以用它来做一组基,可以把空间中任何向量写成:

与A相比特征值是之前的k次方,特征向量没有变化,
总结一下 就是无论跟自己怎么乘,特征值变成之前的k次方,特征向量是没有发生变化的。

3. 相似矩阵

如果一个矩阵B可以表示成A的这个形式
,那么我们说 B 和 A 相似,相似矩阵会有相同的特征值。

同时成乘以M:

B与A特征值相同但是特征向量不同 B的特征向量是y A的特征向量是My


取M=B即可,说明:BA 和 AB 有相同的特征值

4. 矩阵的行列式与迹

矩阵的迹等于特征向量的和: trace

矩阵的行列式等于特征向量的积:Determiant

5. 特征值与特征向量分解矩阵

矩阵的分解 就是将一个很大矩阵分解成多个小矩阵的乘积,常见的分解方式有特征值与特征向量的分解,SVD奇异值分解,

一般的 n x n 矩阵,它可以分解成:

Q 是 n×n 方阵,且其第 i列为 A 的特征向量
Λ 是对角矩阵,其对角线上的元素为对应的特征值,也即


这里于上面的性质2 结论是一致的:就是无论跟自己怎么乘,特征值变成之前的k次方,特征向量是没有发生变化的。

而对于 n x n实对称矩阵,有 n 个线性无关的特征向量。并且这些特征向量都可以正交单位化而得到一组正交且模为 1 的向量。故实对称矩阵 A 可被分解成